DE19613142A1 - Vorrichtung zur Gaszufuhr zu Getränkedosen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Gaszufuhr zu Getränkedosen während ihres Verschließvorgangs, mit einem in der Gasleitung angeordneten Durchflußmengenmesser zur Mes­ sung einer Gasmenge, einem steuerbaren Stellventil zum Ein­ stellen der Gaszufuhr sowie einer Reglereinrichtung, der ein produktspezifischer Gasmengenwert als Eingangssignal zuführ­ bar ist.

Zur Gewährleistung der Haltbarkeit des Produktes in Getränke­ dosen ist es bekannt, die zu verschließende Dose kurz vor dem Aufbringen des Deckels mit Kohlendioxid (CO₂) zu überströmen. Hierzu ist eine Einrichtung bekannt, mittels derer die Zufuhr von zwei unterschiedlichen Gasmengen eingestellt werden kann, wobei die erste Gasmenge bei einer niedrigen Verschließge­ schwindigkeit zugeführt wird. Wenn die Vorrichtung mit einer höheren Verschließgeschwindigkeit arbeiten soll, wird die zu­ geführte erste Gasmenge um einen bestimmten Betrag erhöht, und zwar dadurch, daß die Zufuhr der zusätzlichen höheren Gasmenge über einen zweiten Gasstrang (Bypass) erfolgt.

Der Einsatz dieser bekannten Vorrichtung hat den Nachteil, daß nicht jeder beliebigen Verschließgeschwindigkeit die hierzu exakt benötigte Gasmenge zugeordnet werden kann. Dies führt dazu, daß in manchen Fällen den zu verschließenden Ge­ tränkedosen Kohlendioxid im Übermaß zugeführt wird.

Eine Anordnung zur leistungsabhängigen Regelung des Gasvolu­ mens, das den Düsen einer Unterdeckel-Begasungseinrichtung und/oder den Austrittsorganen von Schaumbrechern von Dosen­ füll- und Schließanlagen zugespeist wird, ist in der DE-OS 35 12 924 beschrieben. Zur Einstellung der Gaszufuhr wird in einem Steuermedium ein Steuerdruck erzeugt, der auf einen Druckregler in der Gasleitung einwirkt, um den Gasdruck des den Dosen zugeführten Gases auf einen dem Steuerdruck propor­ tionalen Druck einzustellen. Gleichzeitig wird der Steuer­ druck in ein elektrisches Steuersignal umgewandelt, das ent­ sprechend von variablen Sollgrößen einstellbar ist und direkt die Drehzahl des Hauptantriebsmotors der Anlage steuert. Die­ ses dem Steuerdruck proportionale elektrische Steuersignal wird auch zur Veränderung des Steuerdruckes verwendet, indem es mit Grenzwertvorgaben verglichen wird. Wenn der gemessene Steuerdruck eine untere Grenzwertvorgabe unterschreitet, wird ein Ventil angesteuert, um für eine entsprechende Druckerhö­ hung in der Steuerdruckleitung zu sorgen. Wird eine obere Grenzwertvorgabe überschritten, wird ein anderes Ventil ange­ steuert, das die Steuerdruckleitung zur Atmosphäre hin so lange entlüftet, bis der gewünschte Druck in der Steuerdruck­ leitung erreicht ist. Dabei wird die Anstiegs- und Abfallge­ schwindigkeit des Druckes in der Steuerdruckleitung durch Strömungsdrosseleinrichtungen begrenzt. Stromaufwärts des Druckreglers ist ein Durchflußmeßgerät angeordnet, um zu kon­ trollieren, ob in der Gasleitung stromaufwärts des Druckreg­ lers ein konstanter Druck vorhanden ist.

Einflüsse von Druckschwankungen in der Gaszuführungsleitung sollen bei dieser vorbekannten Anordnung zwar ausgeschlossen sein, jedoch sind solche Einflüsse auf die zugeführte Gas­ menge allein schon durch die erwähnte Begrenzung der An­ stiegs- und der Abfallgeschwindigkeit des Druckes in der Steuerdruckleitung durch die Strömungsdrosseleinrichtungen unvermeidlich, da hier immer mit einer Trägheit bzw. Verzöge­ rung in der Anpassung des Steuerdruckes zu rechnen ist. Dar­ überhinaus wird durch das Öffnen und Schließen von in der Gaszuführungsleitung angeordneten Ventilen der Steuerdruck in der Steuerleitung beeinflußt, so daß auch hier trotz eines vorgesehenen Druckkompensators kurzfristige Schwankungen nicht zu verhindern sind. Bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten in der Verschließeinrichtung kann in der Zufuhrleitung zum Verschließer ferner eine pulsierende Sogwirkung entstehen. Diese Sogwirkung verfälscht bei den bekannten Vorrichtungen mit Differenzdruckmessung die Regelgröße in erheblichem Maße. Die Durchflußmenge des Gases wird mittels einer Formel er­ rechnet, in die Größen eingehen, wie zum Beispiel der Druck vor der Austrittsöffnung und das spezifische Gewicht, deren Beziehung zur Durchflußmenge von den Umgebungsbedingungen ab­ hängt, so daß auch hier Unsicherheiten bezüglich der den Ge­ tränkedosen tatsächlich zugeführten Gasmenge entstehen. Über­ dies ist auch die Arbeitsgeschwindigkeit der Verschließanlage nicht direkt einstellbar, sondern wird über den Steuerdruck für die Gaszufuhr gesteuert.

Hier soll die Erfindung Abhilfe schaffen und eine gattungsge­ mäße Vorrichtung so verbessern, daß die Gaszufuhr mengenmäßig kontinuierlich genauer und in Abhängigkeit von der Ver­ schließgeschwindigkeit geregelt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Reglereinrich­ tung als zweites Eingangssignal ein Signal für die Ver­ schließgeschwindigkeit zuführbar ist und sie aus diesem und dem ersten Eingangssignal einen von der Verschließgeschwin­ digkeit abhängigen, produktspezifischen Gasmengensollwert er­ zeugt, daß der Durchflußmengenmesser stromabwärts des Stell­ ventils angeordnet ist und ein Signal erzeugt, das dem Ist­ wert der den Getränkedosen zugeführten Gasmenge entspricht und an der Reglereinrichtung als drittes Eingangssignal an­ liegt, und daß die Reglereinrichtung durch einen kontinuier­ lichen Soll/Ist-Wertevergleich ein Ausgangssignal erzeugt, das als Steuergröße dem Stellventil zuführbar ist.

Anstelle der Zuführung eines produktspezifischen Gasmengen­ wertes kann alternativ der Reglereinrichtung wenigstens eine produktspezifische Kennlinie der Abhängigkeit des Gasmengen­ sollwerts von der Verschließgeschwindigkeit zugeordnet sein, wobei dann dieser Gasmengensollwert aus dem Signal für die Verschließgeschwindigkeit und der jeweiligen produktspezifi­ schen Kennlinie erzeugt wird. Die erforderliche Gasmenge hängt nämlich im allgemeinen in nicht-linearer Weise von meh­ reren Parametern ab. So kann z. B. bei CO₂-haltigen Getränken ursprünglich gelöstes CO₂ vor der Gaszufuhr in einen gasför­ migen Zustand übergegangen sein, so daß dann für die Zufuhr des Gases ein geringeres Volumen zur Verfügung steht. Dies kann in der produktspezifischen Kennlinie berücksichtigt wer­ den, welche bevorzugt durch Testreihen ermittelt werden kann. Auf diese Weise kann eine optimale Anpassung der Gasmenge er­ folgen, wobei bei mehreren gespeicherten produktspezifischen Kennlinien die jeweilige Kennlinie ohne jeglichen Einstel­ lungsaufwand abgerufen werden kann.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird den Getränkedo­ sen in Abhängigkeit von der Arbeitsgeschwindigkeit der Ver­ schließeinrichtung eine genau bemessene Gasmenge zugeführt, d. h. jeder beliebigen vorgegebenen Arbeitsgeschwindigkeit der Verschließeinrichtung kann eine exakt auf die jeweiligen Er­ fordernisse abgestimmte Gasmenge zugeordnet werden. Der Ein­ satz der Vorrichtung führt in ganz erheblicher Weise zur Ein­ sparung von Kohlendioxid.

Da die zugeführte Gasmenge unmittelbar über einen stromab­ wärts des Stellventils angeordneten Durchflußmengenmesser ge­ messen wird, kann der Reglereinrichtung ein Signal für den Istwert dieser Gasmenge zugeleitet werden, das direkt ermit­ telt wird, d. h. ohne irgendwelche mit Genauigkeitsverlusten verbundenen Umwege über theoretische Berechnungen oder über Messungen anderer Größen. Jede Abhängigkeit von anderen Größen und somit Unsicherheit hinsichtlich der tatsächlich zugeführten Gasmenge ist daher vermieden. Mit einem Durch­ flußmengenmesser wird immer der exakt anstehende Durchfluß gemessen und deshalb die exakte Dosierung der Gasmenge zur Verschließgeschwindigkeit ermöglicht. Dadurch, daß an der Reglereinrichtung ein Signal für die Verschließgeschwindig­ keit anliegt, erfolgt die Bestimmung des Gasmengensollwertes in Abhängigkeit von dieser Verschließgeschwindigkeit. Ferner wird der Gasmengensollwert unter Einbeziehung produktspezifi­ scher Werte festgelegt, so daß schließlich genau die Gasmenge zugeführt wird, die für das jeweilige verarbeitete Produkt und für die momentane Verschließgeschwindigkeit erforderlich ist. Das Ausgangssignal der Reglereinrichtung, das durch einen kontinuierlichen Soll/Ist-Wertevergleich erhalten wird, liegt als Steuergröße am Stellventil an, so daß hier ein di­ rektes Einwirken auf die den Getränkedosen zugeführte Gas­ menge gewährleistet ist. Durch die unmittelbare Messung der zugeführten Gasmenge und deren Einfluß auf das Ausgangssignal der Reglereinrichtung sowie durch das direkte Einwirken auf das Stellventil, mit dem die zugeführte Gasmenge eingestellt wird, wird eine äußerst genaue und weitestgehend verzöge­ rungsfrei arbeitende Vorrichtung zur Gaszufuhr zu Getränkedo­ sen ausgebildet.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Durchflußmengenmesser als Schwebekörper-Durchflußmengenmesser ausgebildet. Mittels der durchflußabhängigen Verstellung des Schwebekörpers wird auf einfache und genaue Weise ein Meßwert für die Durchflußmenge an Gas erhalten.

Vorzugsweise ist das Stellventil als Proportionalstellventil ausgebildet. Hierdurch wird eine einfache Ansteuerung des Stellventiles ermöglicht.

In günstiger Fortbildung der Erfindung weist die Reglerein­ richtung einen PID-Stetigregler und einen elektropneumati­ schen Stellungsregler auf. Der PID-Stetigregler dient zur op­ timalen Ausregelung der im System auftretenden Störeinflüsse, da die Regelgröße immer möglichst schnell an die Führungs­ größe herangeführt wird. Der elektropneumatische Stellungs­ regler dient der Zuordnung von Ventilstellung und elektri­ schem Stellsignal. Er weist eine elektropneumatische Um­ formeinheit (i/p-Umformer) auf.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die der Reglereinrichtung zugeführten Signale elektrische Signale sind und am PID-Ste­ tigregler anliegen. Hierdurch wird eine nahezu verzögerungs­ freie Regelung erzielt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläu­ tert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In einer CO₂-Zuführungsleitung 1, mittels derer CO₂ aus einem (nicht dargestellten) Vorratsbehältnis in Pfeilrichtung A zu­ führbar ist, sind ein Absperrhahn 2, ein Druckmanometer 3, eine Druckmindereinrichtung 4 und ein weiteres Druckmanometer 5 angeordnet. Das CO₂ fließt weiter durch ein Proportional­ stellventil 6 und einen in Strömungsrichtung darauffolgenden Schwebekörper-Durchflußmengenmesser 7 zu einem Dreiwegeventil 8. Eine vom Dreiwegeventil 8 zu der eigentlichen (nicht dar­ gestellten) Begasungseinrichtung der zu verschließenden Dosen führende Leitung trägt die Bezugsziffer 9. Zusätzlich zum über die Leitung 1 zugeführten CO₂ wird dem Dreiwegeventil 8 über eine Spülwasserleitung 10 Spülwasser zugeleitet.

Der Schwebekörper-Durchflußmengenmesser 7 dient als Meßwer­ taufnehmer für den jeweiligen Istwert der Gasmenge, die der Begasungseinrichtung zugeführt wird. Der Schwebekörper-Durch­ flußmengenmesser 7 weist im wesentlichen ein Meßteil und ein angebautes Anzeigeteil auf. Die Messung beruht auf dem Schwe­ bekörpermeßprinzip, wobei im Meßteil ein Metallkonus einge­ baut ist, in dem sich ein geeignet geformter Schwebekörper auf und ab bewegen kann. Die durchflußabhängige Höhenverstel­ lung des Schwebekörpers wird im Meßteil durch eine magneti­ sche Meßwertübertragung an das Anzeigeteil übertragen. Dem Schwebekörper-Durchflußmengenmesser 7 ist ein Meßumformer 11 zugeordnet, der als ein im Anzeigeteil integrierter Transmit­ ter ausgebildet sein kann und ein zum Durchfluß proportiona­ les, analoges 4-20 mA-Signal erzeugt.

Das dem Gasmengenistwert entsprechende Signal wird einem PID- Stetigregler 12 über eine elektrische Leitung 13 zugeführt. Ein Signal für die Verschließgeschwindigkeit ist dem PID-Ste­ tigregler 12 über eine Leitung 14 zuführbar. Dieses Signal kann beispielsweise ein von einem Frequenzumrichter des An­ triebs der Verschließeinrichtung (nicht dargestellt) stammen­ des Analogsignal oder Digitalsignal sein, dessen Wert propor­ tional der Verschließgeschwindigkeit ist. Jeweils produktspe­ zifische Werte können dem PID-Stetigregler 12 über eine digi­ tale Eingabe 15 zugeführt werden. Hilfsenergie wird dem PID- Stetigregler 12 über eine Leitung 16 zugeführt.

Aus dem Signal für die Verschließgeschwindigkeit und den pro­ duktspezifischen Werten ermittelt der PID-Stetigregler 12 einen Gasmengensollwert. Mit diesem und dem vom Schwebekör­ per-Durchflußmengenmesser 7 kommenden Gasmengenistwert führt der PID-Stetigregler 12 einen ständigen Soll/Ist-Wertever­ gleich durch und erzeugt ein daraus resultierendes Verstell­ signal, welches über einen Ausgang 17 einem elektro­ pneumatischen Stellungsregler 18 zugeführt wird. Dieser weist eine elektropneumatische Umformeinheit (i/p-Umformer) auf und dient der Zuordnung von Ventilstellung und elektrischem Ver­ stellsignal. Druckluft wird dem elektropneumatischen Stel­ lungsregler 18 über eine Druckluftleitung 19 zugeführt. Das von dem PID-Stetigregler 12 kommende Verstellsignal wirkt proportional auf den dem elektropneumatischen Stellungsregler 18 zugeführten Luftdruck, wodurch über eine Leitung 20 auf die Stellung des Proportionalstellventils 6 entsprechend ein­ gewirkt wird.

Somit wirkt im Ergebnis das im PID-Stetigregler 12 erzeugte Verstellsignal über den elektropneumatischen Stellungsregler 18 auf das als Proportionalstellventil 6 ausgebildete Stell­ ventilin der Gaszuführungsleitung 1 derart ein, daß der ak­ tuellen Arbeitsgeschwindigkeit der Verschließeinrichtung die hierzu erforderliche produktspezifische Gasmenge zugeordnet wird.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Gaszufuhr zu Getränkedosen während ihres Verschließvorgangs, mit einem in der Gasleitung angeordne­ ten Durchflußmengenmesser zur Messung einer Gasmenge, ei­ nem steuerbaren Stellventil zum Einstellen der Gaszufuhr sowie einer Reglereinrichtung, der ein produktspezifischer Gasmengenwert als Eingangssignal zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Reglereinrichtung (12, 18) als zweites Eingangssignal ein Signal für die Verschließge­ schwindigkeit zuführbar ist und sie aus diesem und dem er­ sten Eingangssignal einen von der Verschließgeschwindig­ keit abhängigen, produktspezifischen Gasmengensollwert er­ zeugt, daß der Durchflußmengenmesser (7) stromabwärts des Stellventils (6) angeordnet ist und ein Signal erzeugt, das dem Istwert der den Getränkedosen zugeführten Gasmenge entspricht und an der Reglereinrichtung (12, 18) als drit­ tes Eingangssignal anliegt, und daß die Reglereinrichtung (12, 18) durch einen kontinuierlichen Soll/Ist-Wertever­ gleich ein Ausgangssignal erzeugt, das als Steuergröße dem Stellventil (6) zuführbar ist.

2. Vorrichtung zur Gaszufuhr zu Getränkedosen während ihres Verschließvorgangs, mit einem in der Gasleitung angeordne­ ten Durchflußmengenmesser zur Messung einer Gasmenge, ei­ nem steuerbaren Stellventil zum Einstellen der Gaszufuhr sowie einer Reglereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Reglereinrichtung ein Signal für die Verschließge­ schwindigkeit zuführbar ist und der Reglereinrichtung we­ nigstens eine produktspezifische Kennlinie zugeordnet ist und die Reglereinrichtung aus dem Signal für die Ver­ schließgeschwindigkeit und der produktspezifischen Kennli­ nie einen von der Verschließgeschwindigkeit abhängigen, produktspezifischen Gasmengensollwert erzeugt, und daß der Durchflußmengenmesser stromabwärts des Stellventils an­ geordnet ist und ein Signal erzeugt, das dem Istwert der den Getränkedosen Zuge führten Gasmenge entspricht und an der Reglereinrichtung als weiteres Eingangssignal anliegt, und daß die Reglereinrichtung durch einen kontinuierlichen Soll/Ist-Wertevergleich ein Ausgangssignal erzeugt, das als Steuergröße dem Stellventil zuführbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Durchflußmengenmesser (7) als Schwebekörper- Durchflußmengenmesser ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellventil (6) als Proportional­ stellventil ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Reglereinrichtung einen PID-Regler (12) und einen elektropneumatischen Stellungsregler (18) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die der Reglereinrichtung zugeführten Signale elektrische Signale sind und am PID-Regler (12) anliegen.